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WO2013120802A1 - Verfahren zum betreiben eines unterdruckerzeugers und unterdruckerzeuger zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines unterdruckerzeugers und unterdruckerzeuger zur durchführung des verfahrens Download PDF

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WO2013120802A1
WO2013120802A1 PCT/EP2013/052677 EP2013052677W WO2013120802A1 WO 2013120802 A1 WO2013120802 A1 WO 2013120802A1 EP 2013052677 W EP2013052677 W EP 2013052677W WO 2013120802 A1 WO2013120802 A1 WO 2013120802A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pressure
suction
vacuum
vacuum generator
workpiece
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2013/052677
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Holecek
Walter Dunkmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
J Schmalz GmbH
Original Assignee
J Schmalz GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=47714087&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=WO2013120802(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by J Schmalz GmbH filed Critical J Schmalz GmbH
Priority to US14/378,500 priority Critical patent/US9707686B2/en
Priority to CN201380009318.XA priority patent/CN104114878B/zh
Priority to KR1020147025414A priority patent/KR101891863B1/ko
Priority to EP13704087.9A priority patent/EP2815132B1/de
Publication of WO2013120802A1 publication Critical patent/WO2013120802A1/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F04F5/14—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being elastic fluid
    • F04F5/16—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being elastic fluid displacing elastic fluids
    • F04F5/20—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being elastic fluid displacing elastic fluids for evacuating

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a vacuum handling system comprising a vacuum handling device for handling a workpiece and a vacuum generator.
  • the invention also relates to a vacuum generator for carrying out the method.
  • vacuum generators of various types are known, e.g. so-called ejectors, which are operated with compressed air and suck in air through a suction port. The generation of the negative pressure takes place for example by means of a Venturi nozzle.
  • electrically powered vacuum generators e.g. Vacuum pumps known, which generate depending on an input variable (e.g., operating voltage and / or current) negative pressure in a suction port.
  • Vacuum generators may have an integrated monitoring device for the generated negative pressure. This makes it possible to detect the pressure in the suction connection and to indicate the overshooting and / or undershooting of a threshold value by means of an electrical signal. These signals can be used to realize an air saving automatic or energy saving automatic. For this, e.g. a valve of an ejector to be closed after reaching the threshold and only be turned on again when the pressure in the suction port exceeds the threshold again (hereinafter referred to a set in the suction port negative pressure as the pressure below the ambient pressure).
  • the object of the present invention is to increase energy efficiency in vacuum handling systems of the type mentioned and to improve the reliability of the operation.
  • the method is configured to operate a handling system that includes a vacuum holding device, such as vacuum gripping device or vacuum chuck for handling a workpiece, and a vacuum generator for generating negative pressure.
  • the vacuum generator may be configured to generate negative pressure using compressed air (eg, ejector).
  • compressed air e.g., ejector
  • an electric vacuum generator e.g., electrically powered vacuum pump
  • the vacuum generator has a suction port, through which air can be sucked and thus a negative pressure supply of the vacuum handling device can be provided.
  • the vacuum generator also has a pressure port for supplying the vacuum generator with compressed air.
  • an exhaust air terminal is then optionally provided.
  • the suction without workpiece is preferably carried out over a diagnostic period.
  • the diagnostic time period may be predetermined for the diagnostic cycle, or fixed, e.g. be deposited in a control device of the vacuum generator.
  • the duration of the diagnosis is chosen to be sufficiently long so that a constant equilibrium pressure can be established (in particular, more than one second, for example several seconds).
  • a handling of a workpiece can also take place in the diagnostic cycle, as explained in greater detail below.
  • a signal representing the equilibrium pressure is preferably output via an interface.
  • the vacuum generator may have a communication interface.
  • the measurement signal of the suction pressure sensor can be output.
  • a "performance value" is determined from the measured equilibrium pressure using further determined measured values and / or parameters of the system and this is output via the communication interface.
  • the method according to the invention preferably also comprises working cycles which are carried out in succession, a diagnostic cycle being carried out between specific, successive working cycles.
  • a diagnostic cycle can be carried out, for example, after a specific, predetermined or predefinable number of working cycles.
  • the execution of a diagnostic cycle is triggered by a diagnostic start signal.
  • This diagnostic start signal may be supplied to the vacuum generator, for example, from an external controller.
  • the vacuum generator can in turn provide a communication interface.
  • a working cycle for a vacuum generator or for a handling system of the type described above usually comprises the successive working areas explained below.
  • Activation of the vacuum supply provision of the vacuum supply and suction of a workpiece takes place in a first working area, whereby the negative pressure in the suction connection drops from the ambient pressure to a holding value (H1).
  • the hold value H1 is e.g. chosen so that a safe handling of the workpiece is possible.
  • the vacuum supply in a second work area, can be controlled such that the measurable in the suction port pressure between the holding value (H1) and a control holding value (H1 + h1) is.
  • the negative pressure between the hold value (H1) and the rule hold value (H1 + h1) can be controlled at least once.
  • the negative pressure supply can be deactivated when the pressure measured in the suction connection has dropped to the holding value (H1) or has dropped below this.
  • the vacuum supply is e.g. then reactivated when, after deactivation, the pressure measured in the suction port has risen again to the control holding value (H1 + h1).
  • the working cycle finally includes another working area (third working area) in which the negative pressure measured in the suction port rises again to the ambient pressure in order to let go of the workpiece.
  • the pressure in the suction connection above the ambient pressure may increase to a blow-off pressure (fourth working region). This can be done over a blow-off period.
  • a measurement of the pressure in the suction connection takes place by means of the suction pressure sensor.
  • a control threshold (H2) or a control pressure interval (defined by the control sword H2 and an offset value h2 above the control threshold) may be specified.
  • Reliable diagnostics can also be achieved by performing multiple diagnostic cycles immediately following each other (eg, triggered by a diagnostic signal). If the equilibrium pressures determined in the various diagnostic cycles differ from one another, this can indicate a malfunction or a leak in the system.
  • the values determined in the diagnosis cycles are stored in a control device. From a scattering, systematic change and / or the temporal development of the determined values (in particular equilibrium pressure) can be inferred to changes in the handling system. For example, if the equilibrium pressure values determined one after the other show an increasing tendency, this indicates an increasing leakage of the system or deteriorated efficiency. Monitoring the time course of the values determined in the diagnosis cycles (in particular equilibrium pressure) therefore enables predictive maintenance of the system.
  • An advantageous embodiment of the method is thus that a first and, optionally after performing one or more cycles, a further diagnostic cycle is performed, wherein in the first and in the further diagnostic cycle, a first and a further equilibrium pressure is determined. This is followed by a comparison of the first and the further measured equilibrium pressure.
  • a characterization cycle is performed before or after a diagnostic cycle or duty cycle. It is characterized by the following steps (especially in the following order):
  • the suction port is connected exclusively to the Kalibriersaugö réelle and completed in particular with respect to the vacuum handling device.
  • the suction through the Kalibriersaugö réelle is preferably carried out over a predetermined or predetermined Kalibriersaugdauer (tK).
  • the calibration pressure is thus a self-adjusting equilibrium pressure during suction through the calibration.
  • a characterization cycle e.g. Clogging or fouling within the vacuum generator (e.g., in the venturi of an ejector) can be specifically detected.
  • the performance of the handling system can be reliably monitored and any source of error can be located.
  • the calibration suction port may be e.g. be designed as a suction nozzle, which e.g. has a known flow resistance.
  • the connection of the suction connection with the Kalibriersaugö réelle is preferably carried out by means of a controllable Kalibrierventils, with the suction connection, e.g. optionally with the vacuum handling device or with the Kalibriersaugö réelle can be fluidly connected.
  • characterization cycles are preferably performed at predetermined times or at regular intervals, or after a predetermined number of work cycles and / or diagnostic cycles, respectively.
  • a signal representing the calibration pressure can be output via the communication interface.
  • the values of the calibration pressure determined in the characterization cycles are preferably stored in a control device of the handling system.
  • a first pressure drop duration is measured by means of a time measuring device, via which the negative pressure in the suction port drops from the ambient pressure to a control threshold (H2).
  • a second pressure drop duration can be measured with the time measurement direction, via which the negative pressure in the suction connection drops from the control threshold value (H2) to a holding value (H1).
  • the Kontrollschwellwert (H2) is preferably selected such that a decrease in the pressure in the suction connection to the Kontrollschwellwert (H2) can give an indication of when a workpiece is supplied to the handling device, for example, applied to a suction pad.
  • the holding value H1 is chosen in particular so that a secure handling of the workpiece is possible.
  • the pressure drop durations in particular the second pressure drop duration, can also be measured during a diagnostic cycle.
  • the control threshold (H2) is always below the equilibrium pressure with free intake.
  • the pressure stability of the system is determined with the workpiece held, in particular in the range between the holding value (H1) and the control holding value (H1 + h1).
  • the negative pressure supply can be deactivated in a diagnostic cycle and / or in a work cycle, after the pressure measured in the suction connection has dropped to the holding value (H1) or has fallen below it.
  • a pressure change rate, leakage rate and / or the time course of the pressure prevailing in the suction pressure can be measured. From the measurement results conclusions can be drawn on the tightness of the entire system of vacuum generator, handling device and workpiece. In conjunction with the determined equilibrium pressure, for example, the tightness and performance of the handling device and / or the vacuum generator can be monitored.
  • the determined equilibrium pressure is compared with a predetermined or predeterminable control sword (H2) lying between the ambient pressure and the holding value (H1).
  • a warning signal is output or triggered (for example by a controller of the vacuum generator) when the equilibrium pressure is below the control threshold (H2).
  • the Kontrollschwellwert serves to determine by measuring the negative pressure in the suction connection, whether a workpiece is supplied to the handling device and can build up a negative pressure due to the applied workpiece.
  • a significant negative pressure already prevails in the suction connection without the workpiece in contact (ie the pressure measured in the suction connection has fallen below the control threshold value (H2)).
  • H2 the control threshold value
  • the ratio of equilibrium pressure and control threshold (H2) is determined. From this, a performance value can be determined and output, for example via a communication interface. Preferably, the output of a percentage value occurs, where zero percent performance corresponds to a situation where the control threshold (H2) is equal to the equilibrium point, and one hundred percent performance corresponds to a situation where the equilibrium pressure is equal to the ambient pressure.
  • the control threshold (H2) is selected so that, when the system of vacuum generator and handling device operates properly, the pressure prevailing in the suction connection drops below the control threshold only when a workpiece is fed to the handling device.
  • the control threshold (H2) is also selected so that, when operated properly, the pressure measured in the suction port is above the control threshold when no workpiece is being drawn.
  • a particularly preferred embodiment of the method is that in a working cycle and / or in a diagnostic cycle after receiving (and handling) of the workpiece, the pressure in the suction connection rises to a blow-off pressure above the ambient pressure.
  • a blow-off pressure above the ambient pressure.
  • the blow-off pressure and / or the blow-off time duration are preferably determined as a function of the equilibrium pressure.
  • the blow-off time is selected in dependence on the determined equilibrium pressure such that a longer blow-off time is determined at a high equilibrium pressure than at a lower equilibrium pressure.
  • blow-off pressure can then just be chosen so large and / or the blow-off time can be selected so long that, despite the flow resistance of the system of vacuum generator and handling device reliable blowing of the workpiece is guaranteed.
  • the required pressure can be increased by a safety offset (eg 10 mbar).
  • the blow-off process can be kept short and carried out with a slight overpressure. In this case, however, a reliable detachment of the workpiece is ensured.
  • the blow-off pulse can therefore be adjusted so that no unnecessary compressed air energy is wasted while still ensuring safe detachment.
  • the negative pressure generator may be configured as described so that negative pressure can be generated by using compressed air (e.g., ejector).
  • the pressure in the pressure connection of this vacuum generator can be measured by means of a supply pressure sensor. This is done in particular simultaneously with the measurement of the equilibrium pressure in the suction connection. It is also conceivable, however, for the pressure in the pressure connection to be measured before and / or during and / or after aspiration without a workpiece. By measuring the pressure in the pressure connection, the efficiency of the system can be determined. In addition, a characteristic curve can be recorded which at least in sections reproduces the dependence of the pressure in the suction connection on the pressure in the pressure connection.
  • volume flow can be measured through the pressure port.
  • a vacuum generator e.g. Ejector or electric vacuum generator.
  • This has a suction port for suction to provide a vacuum supply for a vacuum handling device.
  • the vacuum generator has in particular a suction pressure sensor for measuring the pressure in the suction connection, and preferably a communication interface for transmitting measured values of the suction pressure sensor.
  • the vacuum generator may, in particular, have a controllable calibration valve, which is preferably connected downstream of the suction connection in the course of flow during the suction.
  • the suction port can be fluidly connected and pressure-connected to an operating output for a vacuum handling device, or to a Kalibriersaugö réelle the vacuum generator.
  • the vacuum generator may be formed as an ejector, and having a pressure port for supplying the vacuum generator with compressed air.
  • a supply pressure sensor for measuring the pressure in the pressure port is provided.
  • an exhaust air terminal may be provided, through which the used compressed air, as well as the sucked through the suction port air can be removed.
  • sensors for further input variables of the vacuum generator for example speed sensors for a pump, voltmeter for measuring the supply voltage of an electric motor, and so on.
  • the vacuum generator has a time measuring device, which interacts with the suction pressure sensor and / or the supply pressure sensor such that a first and / or second pressure drop duration can be measured as explained above.
  • the vacuum generator preferably has a suction valve, by means of which the suction through the suction port can be activated and deactivated.
  • the vacuum supply for the vacuum handling device can be activated and deactivated.
  • the pressure connection is connected via a blow-off valve to the suction connection, which can be generated in the suction connection (above the ambient pressure) blow-off pressure over a predefinable blow-off time.
  • a control and / or regulating device is provided, which is designed such that the calibration valve is controllable, in particular between a Radioschaltwolf (in which the suction port is connected to the operating output for a vacuum handling device) and a Kalibrierschalt ein (in which the suction port connected to the Kalibriersaugö réelle) is switchable.
  • the control and / or regulating device is preferably also designed to control the suction valve and / or the blow-off valve as a function of the equilibrium pressure determined in a diagnostic cycle and / or the values measured with the suction pressure sensor and / or the supply pressure sensor and / or optionally with the time measuring device ,
  • the control device is designed such that the sensors and possibly the valves can be controlled to carry out the method according to the invention.
  • the vacuum generator according to the invention can be realized as a compact unit ("compact ejector"). This makes it possible to integrate the vacuum generator into existing systems, increasing energy efficiency and reliability for existing systems.
  • Figure 1A is a schematic representation of a first embodiment of a vacuum generator and handling system according to the invention
  • FIG. 1B a schematic representation of a further embodiment of a vacuum generator and handling system according to the invention.
  • Figure 2 is a schematic representation for explaining a duty cycle
  • Figure 3 is a schematic representation for explaining a diagnostic cycle
  • Figure 4 is a schematic representation for explaining an error case
  • Figure 5 is a schematic representation for explaining an energy-optimized blow-off.
  • FIG. 1A shows a handling system 10 comprising a vacuum generator 12 designed as a compact ejector and a vacuum handling device 14 designed as a suction gripper in the example. Also indicated is a workpiece 16 which can be received by the vacuum handling device 14 by suction.
  • the vacuum generator 12 has a pressure port 18, which is in flow communication with a compressed air supply 19, so that the vacuum generator 12 can be supplied with compressed air.
  • a suction port 20 is provided, through which air or other gaseous medium can be sucked, so that a vacuum supply for the vacuum handling device 14 can be provided.
  • an exhaust terminal 22 is provided.
  • the Sau Sign is generated by compressed air in a conventional manner in that compressed air, starting from the pressure port 18 through a venturi nozzle 24 to the exhaust port 22 flows.
  • a suction port 26 of the venturi nozzle 24 is in fluid communication with the suction port 20 via a check valve 28.
  • the exhaust air terminal 22 may be disposed downstream of a muffler 30 so that flow noise is reduced during operation of the system.
  • a suction pressure sensor 32 is provided for measuring the pressure in the suction port 20.
  • the pressure in the pressure port 18 can be measured via a supply pressure sensor 34.
  • the vacuum generator 12 also has a suction valve 36, by means of which suction through the suction port 20 can be activated and deactivated.
  • the suction valve is designed as a 2-way valve, which is arranged in the flow passage between the pressure port 18 and the venturi nozzle 24. In its open position, the venturi nozzle 24 is traversed by compressed air and achieves a suction in the suction port 20. In the closed position of the suction valve 36, the Venturi nozzle 24 is disconnected from the pressure port 18 and the vacuum supply is deactivated.
  • the vacuum generator 12 also has a blow-off valve 38. This is arranged such that between the pressure port 18 and the suction port 20, a connection via the blow-off valve 38 can be produced and separated. This makes it possible to supply the suction port 20 with controlled pressure from the pressure port 18, and thus to realize a blow-off pulse.
  • the blow-off valve 38 is also designed as a 2-way valve.
  • suction valve 36 and the blow-off valve 38 other configurations and other arrangements in the flow passage are possible.
  • the suction valve 36 may also be arranged between the suction connection of the venturi nozzle 24 and the suction connection 20.
  • the vacuum generator 12 also comprises a control device 40, to which the measuring signals of the suction pressure sensor 32 and the supply pressure sensor 34 can be fed. Further, the controller 40 controls the valves 36 and 38 at.
  • the control device 40 can also have a time measuring device (not shown) by means of which the elapsed time between predefinable measured values of the sensors 32 and 34 can be measured.
  • the control device 40 is designed to control the valves 36 and 38 as well as the sensors 34 and 32 for realizing the operating method according to the invention.
  • the control device 40 can be supplied to further input variables of the vacuum generator 12, for example a supply voltage of an electric motor or a rotational speed of a pump. Furthermore, the control device 40 provides a communication interface 42, via which measured values can be transmitted, for example, to an external central unit.
  • the vacuum generator 12 also has a controllable calibration valve 44.
  • This is formed in the example shown as a directional control valve, which can optionally take a Radioschaltrium and a Kalibrierschaltgna.
  • a controllable calibration valve 44 In the operating switching position of the suction port 20 is connected to the operating output 43 for the vacuum handling device 14, in the Kalibrierschaltgna with a particular as a suction nozzle (known flow resistance or flow characteristics) trained Kalibriersaugö réelle 44 of the vacuum generator 12.
  • the calibration valve 44 is preferably biased to take the Radioschaltgnal, ie It assumes the operating switching position without active control.
  • the control device 40 is designed in particular for controlling the calibration valve 44. If the calibration valve 44 is switched to its calibration switching position, then by means of the suction pressure sensor 32, a calibration pressure (pK) can be measured as the equilibrium pressure being established when it is sucked in through the suction port 20 and the calibration suction opening 46.
  • pK calibration pressure
  • FIG. 1B shows a vacuum generator 48, which has an electric vacuum generator 50. This has an intake and a bleed port, which are connected to a (in the example shown as a 4/2-way valve) control valve 51.
  • the control valve 51 can assume a suction switching position and a blow-out switching position, wherein suction can take place in the suction switching position through the suction connection 20, in the blow-out switching position a blow-off pressure in the suction connection 20 can be achieved.
  • the control valve 51 combines the functions of suction valve 36 and blow-off valve 38 in the sense of FIG. 1A.
  • the control device 40 of the vacuum generator is in particular also designed to control the control valve 51 and preferably to control the electric vacuum generator 50.
  • control valve 51 controls the control valve 51 and preferably to control the electric vacuum generator 50.
  • a work cycle is described with reference to FIG. 2, as it can be carried out with the handling system 10.
  • a vacuum prevailing in the suction port 20 is plotted on the ordinate upwards below the ambient pressure p0. Positive Y values therefore correspond to a pressure below the ambient pressure p0.
  • the abscissa represents the time course.
  • a working cycle is characterized in the example shown by the fact that the pressure from the ambient pressure has a temporal variation and returns to the ambient pressure.
  • the duty cycle is divided into four work areas 52, 54, 56, 58.
  • Activation of the vacuum supply e.g., opening of the suction valve 36 with the blow-off valve 38 closed
  • the vacuum supply e.g., opening of the suction valve 36 with the blow-off valve 38 closed
  • a suction effect is achieved in the suction connection 20 and a negative pressure supply for the connected vacuum handling device 14 is provided.
  • the workpiece 16 can therefore be sucked.
  • the pressure measured by the suction pressure sensor 32 in the suction port 20 drops, i. in the illustration of Figure 2, the negative pressure increases. If the workpiece 16 abuts against the vacuum handling device 14, the pressure in the suction connection can fall below a control threshold value H2. In this respect, a drop in pressure in the suction port below the control threshold H2 indicates that a component has been gripped.
  • the time duration over which the pressure measured in the suction connection 20 drops from the ambient pressure p0 below the control threshold H2 is denoted by t0 in FIG.
  • This first pressure drop time period t0 may preferably be measured via a time measuring device (for example integrated in the control device 40).
  • a time measuring device for example integrated in the control device 40.
  • H2 When the control threshold value H2 is exceeded, the pressure in the suction connection drops further when the workpiece 16 is in abutment until a holding value H1 is reached.
  • This hold value is preferably chosen so that a secure handling of the workpiece 16 with the vacuum handling device 14 is possible.
  • the time period over which the pressure drops from the control threshold H2 to the hold value H1 may again preferably be measured by a time measuring device (for example in the control device 40).
  • This second pressure drop duration is designated t1 in FIG.
  • the control threshold H2 can be e.g. 500 mbar below the ambient pressure p0 be selected.
  • the holding value H1 can be selected, for example, 700 mbar below the ambient pressure p0.
  • the ambient pressure p0 is e.g. in the range of the standard pressure 1013 mbar.
  • the first working area 52 is adjoined by a second working area 54.
  • the vacuum supply is controlled such that the pressure in the suction port 20 between the holding value H1 and a control holding value H1 + h1.
  • the vacuum supply can be deactivated as explained. If the pressure in the suction connection 20 then rises again due to leakage via a holding value H1 + h1, then the vacuum supply can be reactivated to ensure a reliable handling workpiece 16.
  • the pressure measured in the suction port 20 rises again to the ambient pressure p0 to release the workpiece 16. This can be done due to leakage after deactivation of the vacuum supply, or by targeted pressurization of the suction port 20 done.
  • the suction valve 36 may be closed and the blow-off valve 38 opened in a controlled manner.
  • a targeted blowing off of the workpiece Preferably, over a fourth working area 58, a targeted blowing off of the workpiece.
  • the pressure in the suction connection 20 is purposefully increased to a blow-off pressure pA above the ambient pressure p0. This occurs, for example, when the suction valve 36 is closed by targeted opening of the blow-off valve 38.
  • FIG. 3 describes a diagnostic cycle. This is subdivided, for example, into a first, second, third and fourth diagnostic area 62, 64, 66 and 68, wherein, instead of the diagnostic areas 64 to 68, pressure profiles can also be connected to the first diagnostic area 62, as in the work areas 54 to 58.
  • the vacuum supply for the handling device is activated, whereby it is set in a state of free suction, that is to say suction is carried out by the vacuum handling device 14 without workpiece 16. Due to the fluidic properties of the flow connections in the vacuum generator 12, the Venturi nozzle 24 and the vacuum handling device 14, an equilibrium pressure pG is established in the suction port 20. For this measurement, the blow-off valve 38 is preferably closed and the suction valve 36 is fully opened.
  • the free suction is preferably carried out over a diagnostic time tG, which is chosen so long that the equilibrium pressure can be reliably set (preferably longer than one second).
  • tG diagnostic time
  • the measured equilibrium pressure pG can be stored in the control device 40, for example. This can e.g. provide the equilibrium pressure pG via the communication interface 42 of a central processing unit.
  • a handling of a workpiece takes place.
  • a negative pressure in the suction port 20 can form.
  • the pressure in the suction connection 20 initially drops below the control threshold value H2.
  • the measurement of a pressure below the control threshold value H2 in the suction port 20 can be regarded as an indication that the workpiece 16 is in contact with the vacuum-handling device 14.
  • the pressure eventually decreases to the holding value H1.
  • the pressure in the suction connection 20 between the holding value H1 and the control holding value H1 + h1 can then be regulated in a second diagnosis region 64 or correspondingly in a second working region 54 in order to ensure safe handling of the workpiece.
  • the suction pressure sensor 32 may be designed to carry out a corresponding measurement.
  • a third and fourth diagnostic area 66 and 68 can be connected to the second diagnostic area 64, in which, in the illustrated example, the workpiece is released and, in the illustrated example, corresponding to the course in the working areas 56 and 58.
  • a warning signal is output if an equilibrium pressure below the control threshold value H2 is determined in a diagnostic cycle (compare FIG. 4).
  • the control device 40 e.g. a comparison of the measured equilibrium pressure with the control threshold H2.
  • FIG. 5 shows, by way of example, the pressure curve in the suction connection 20 during the handling of a workpiece (work cycle), wherein an energy-optimized blowing off takes place in a fourth working region 58 '.
  • the pressure in the suction port 20 drops to release the workpiece (e.g., third working area 56).
  • FIG. 5 shows in dashed lines the pressure curve for blowing off the workpiece explained in FIG.
  • a minimum blow-off pressure pA, min can be determined from the equilibrium pressure pG. This is chosen so large that, for example, the flow resistance of the system can be overcome. Due to the measurement of the equilibrium pressure pG, it is possible to determine an optimum value for the blow-off pressure pAmin, so that on the one hand a reliable detachment of the workpiece is ensured and on the other hand the energy expenditure is kept as low as possible.
  • a safety offset p off (in the example about 10 mbar) can be added to the minimum blow- off pressure pAmin.
  • a measurement of the pressure in the suction connection 20 also makes it possible to keep the blow-off time tA, via which the pressure in the suction connection 20 rises above the ambient pressure p0, as short as possible.
  • the blow-off time duration tA can be chosen so short that the pressure in the suction connection 20 rises from the ambient pressure p0 to the minimum blow- off pressure pAmin above the ambient pressure plus, if appropriate, the safety offset p off and drops back to the ambient pressure p0 without stopping the pressure. This enables energy-saving operation.

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Description

[Berichtigt gemäß Regel 37.2] VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINES UNTERDRUCKERZEUGERS UND UNTERDRUCKERZEUGER ZUR DURCHFÜHRUNG DES VERFAHRENS
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Unterdruckhandhabungssystems umfassend eine Unterdruckhandhabungsvorrichtung zur Handhabung eines Werkstücks sowie einen Unterdruckerzeuger. Die Erfindung betrifft außerdem einen Unterdruckerzeuger zur Durchführung des Verfahrens.
Zum Betreiben von Unterdruckhandhabungsvorrichtungen sind Unterdruckerzeuger verschiedener Art bekannt, z.B. sogenannte Ejektoren, welche mit Druckluft betrieben werden und Luft durch einen Sauganschluss ansaugen. Die Erzeugung des Unterdrucks erfolgt beispielsweise mittels einer Venturi-Düse. Außerdem sind elektrisch angetriebene Unterdruckerzeuger, z.B. Vakuumpumpen bekannte, welche in Abhängigkeit einer Eingangsgröße (z.B. Betriebsspannung und/oder –Strom) Unterdruck in einem Sauganschluss erzeugen.
Durch das Ansaugen im Sauganschluss wird eine Unterdruckversorgung für die Unterdruckhandhabungsvorrichtung bereitgestellt. Unterdruckerzeuger können eine integrierte Überwachungseinrichtung für den erzeugten Unterdruck aufweisen. Dies ermöglicht es, den Druck im Sauganschluss zu erfassen und über ein elektrisches Signal das Über- und/oder Unterschreiten eines Schwellwertes anzuzeigen. Diese Signale können dazu eingesetzt werden, eine Luftsparautomatik oder eine Energiesparautomatik zu realisieren. Hierzu kann z.B. ein Ventil eines Ejektors nach Erreichen des Schwellwertes geschlossen werden und erst wieder eingeschaltet werden, wenn der Druck im Sauganschluss den Schwellwert wieder überschreitet (im Folgenden wird ein sich im Sauganschluss einstellender Unterdruck als Druck unterhalb des Umgebungsdrucks bezeichnet).
Eine derartige Überwachung und Energieoptimierung ist jedoch fehleranfällig. Ändert sich z.B. die Leistungsfähigkeit des Ejektors oder tritt eine Undichtigkeit bzw. eine Leckage im Ejektor oder in der angeschlossenen Unterdruckhandhabungsvorrichtung auf, so wird der genannte Schwellwert gegebenenfalls erst später oder nicht mehr erreicht. Die Energieeffizienz des Systems verschlechtert sich. Ferner kann es zu Betriebsausfällen kommen, z.B. wenn ein Werkstück aufgrund zu geringen Unterdrucks im Sauganschluss nicht mehr gehalten werden kann.
In der US 5617338 A ist ein Verfahren zum elektrischen Verarbeiten von Vakuumdruckinformationen für eine Vakuumeinheit beschreiben. Dabei werden Druckinformationen einer Mehrzahl von Sensoren aufgenommen und mit hinterlegten Schwellwerten verglichen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei Unterdruckhandhabungssystemen der genannten Art die Energieeffizienz zu erhöhen und die Zuverlässigkeit des Betriebs zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 1, sowie durch einen Unterdruckerzeuger nach Anspruch 9 gelöst.
Das Verfahren ist zum Betrieb eines Handhabungssystems eingerichtet, welches eine Unterdruckhabungsvorrichtung, beispielsweise Unterdruckgreifvorrichtung oder Unterdruckspannvorrichtung zur Handhabung eines Werkstückes, sowie einen Unterdruckerzeuger zum Erzeugen von Unterdruck umfasst. Der Unterdruckerzeuger kann dazu ausgebildet sein, Unterdruck unter Verwendung von Druckluft zu erzeugen (beispielsweise Ejektor). Denkbar ist auch ein elektrischer Unterdruckerzeuger (z.B. elektrisch antreibbare Vakuumpumpe). Der Unterdruckerzeuger weist einen Sauganschluss auf, durch welchen Luft ansaugbar ist und so eine Unterdruckversorgung der Unterdruckhandhabungsvorrichtung bereitgestellt werden kann. Wird Unterdruck unter Verwendung von Druckluft erzeugt (z.B. Ejektor), so weist der Unterdruckerzeuger außerdem einen Druckanschluss zur Versorgung des Unterdruckerzeugers mit Druckluft auf. Zur Abführung der genutzten Versorgungsdruckluft und gegebenenfalls der angesaugten Luft ist dann gegebenenfalls ein Abluftterminal vorgesehen.
Gemäß dem Verfahren wird ein Diagnosezyklus durchgeführt, welcher die folgenden Schritte umfasst, insbesondere in der dargestellten Reihenfolge:
  • Bereitstellen der Unterdruckversorgung für die Unterdruckhandhabungsvorrichtung (gegebenenfalls vorherige Aktivierung der Unterdruckversorgung) und freies Ansaugen, das heißt Ansaugen ohne dass ein Werkstück der Unterdruckhandhabungsvorrichtung zu seiner Handhabung zugeführt ist,
  • Messung des sich in dem Sauganschluss einstellenden Gleichgewichtsdrucks bei Ansaugen ohne Werkstück mittels eines Saugdrucksensors.
Aus dem Ergebnis der Messung des Gleichgewichtsdrucks bei freiem Ansaugen können Rückschlüsse auf die Leistungsfähigkeit und die Strömungsqualität des Systems aus Unterdruckerzeuger und Handhabungsvorrichtung (ohne Werkstück) gezogen werden. Durch Kombination mit weiteren Informationen oder weiteren Messwerten, wie nachfolgend erläutert, kann gezielt auf Fehlerquellen im Unterdruckerzeuger oder in der Handhabungsvorrichtung geschlossen werden. Außerdem kann das Vorhandensein eines Werkstückes zuverlässig erkannt werden. Die Auswertung der gewonnenen Informationen ermöglicht es, den Unterdruckerzeuger und/oder das Handhabungssystem derart anzusteuern, dass eine unnötige Verschwendung von Antriebsenergie (z.B. Druckluftenergie oder elektrische Leistung) vermieden wird.
Das Ansaugen ohne Werkstück erfolgt vorzugsweise über eine Diagnosezeitdauer. Die Diagnosezeitdauer kann für den Diagnosezyklus vorgebbar sein, oder fest vorgegeben sein, z.B. in einer Steuereinrichtung des Unterdruckerzeugers hinterlegt sein. Die Diagnosezeitdauer ist insbesondere ausreichend lang gewählt, so dass sich ein zeitlich konstanter Gleichgewichtsdruck einstellen kann (insbesondere länger als eine Sekunde, beispielsweise mehrere Sekunden).
Nach Messung des Gleichgewichtsdrucks kann auch in dem Diagnosezyklus eine Handhabung eines Werkstückes erfolgen, wie weiter unten noch näher erläutert.
In dem Diagnosezyklus wird vorzugsweise ein den Gleichgewichtsdruck repräsentierendes Signal über eine Schnittstelle ausgegeben. Hierfür kann der Unterdruckerzeuger eine Kommunikationsschnittstelle aufweisen. Beispielsweise kann das Messsignal des Saugdrucksensors ausgegeben werden. Denkbar ist jedoch, dass aus dem gemessenen Gleichgewichtsdruck unter Verwendung weiterer ermittelter Messwerte und/oder Parameter des Systems ein „Performance-Wert“ ermittelt wird und dieser über die Kommunikationsschnittstelle ausgegeben wird. Mittels der ausgegebenen Messsignale und/oder Performance-Werte kann eine energieeffiziente Ansteuerung des Unterdruckversorgers und eine Überwachung auf Betriebsfehler erfolgen.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich daraus, dass der Gleichgewichtsdruck und/oder der Performance-Wert mit wenigstens einer weiteren ermittelten Prozesskenngröße in Bezug gesetzt wird. Hieraus können dann Schlüsse auf die Leistungsfähigkeit des Handhabungssystems gezogen werden und gezielt auf Probleme in den einzelnen Bestandteilen geschlossen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst vorzugsweise auch Arbeitszyklen, welche aufeinanderfolgend durchgeführt werden, wobei ein Diagnosezyklus zwischen bestimmten, aufeinanderfolgenden Arbeitszyklen durchgeführt wird. Ein Diagnosezyklus kann beispielsweise nach einer bestimmten, vorgegebenen oder vorgebbaren Anzahl von Arbeitszyklen durchgeführt werden. Denkbar ist jedoch auch, dass die Durchführung eines Diagnosezyklus durch ein Diagnosestartsignal ausgelöst wird. Dieses Diagnosestartsignal kann dem Unterdruckerzeuger beispielsweise von einer externen Steuerung zugeführt werden. Hierzu kann der Unterdruckerzeuger wiederum eine Kommunikationsschnittstelle vorsehen.
Ein Arbeitszyklus für einen Unterdruckerzeuger beziehungsweise für ein Handhabungssystem der oben beschriebenen Art umfasst üblicherweise die nachfolgend erläuterten, aufeinanderfolgenden Arbeitsbereiche. In einem ersten Arbeitsbereich erfolgt ggf. Aktivierung der Unterdruckversorgung, Bereitstellung der Unterdruckversorgung und Ansaugen eines Werkstückes, wobei der Unterdruck im Sauganschluss vom Umgebungsdruck zu einem Haltewert (H1) abfällt. Der Haltewert H1 ist z.B. so gewählt, dass ein sicheres Handhaben des Werkstückes möglich ist. Gegebenenfalls kann in einem zweiten Arbeitsbereich die Unterdruckversorgung derart geregelt werden, dass der in dem Sauganschluss messbare Druck zwischen dem Haltewert (H1) und einem Regelhaltewert (H1+h1) liegt. Beispielsweise kann der Unterdruck zwischen dem Haltewert (H1) und dem Regelhaltewert (H1+h1) wenigstens einmal geregelt werden. Hierbei kann die Unterdruckversorgung deaktiviert werden, wenn der in dem Sauganschluss gemessene Druck auf dem Haltewert (H1) abgesunken ist, oder unter diesen abgesunken ist. Die Unterdruckversorgung wird z.B. dann wieder aktiviert, wenn nach Deaktivierung der in dem Sauganschluss gemessene Druck wieder auf den Regelhaltewert (H1+h1) angestiegen ist. Der Arbeitszyklus umfasst schließlich einen weiteren Arbeitsbereich (dritter Arbeitsbereich), in welchem der in dem Sauganschluss gemessene Unterdruck wieder auf den Umgebungsdruck ansteigt, um das Werkstück loszulassen. Um ein Ablösen des Werkstückes von der Handhabungsvorrichtung zu gewährleisten, kann nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Arbeitszyklus der Druck in dem Sauganschluss über den Umgebungsdruck hinaus auf einen Abblasdruck ansteigen (vierter Arbeitsbereich). Dies kann über eine Abblaszeitdauer geschehen.
Während des ersten Arbeitsbereiches des Arbeitszyklus erfolgt vorzugsweise eine Messung des Drucks im Sauganschluss mittels des Saugdrucksensors. Um zu erkennen, ob ein Werkstück zugeführt wurde, kann ein Kontrollschwellwert (H2) oder ein Kontrolldruckintervall (definiert durch den Kontrollschwert H2 und einen Offsetwert h2 oberhalb des Kontrollschwellwerts) vorgegeben sein. Durch Vergleich des Drucks im Sauganschluss mit dem Kontrollschwellwert (H2) kann ermittelt werden, ob ein Werkstück zugeführt ist. Fällt der Druck im Sauganschluss unter den Kontrollschwellwert (H2) ab oder liegt er in dem Kontrolldruckintervall ([H2, H2+h2]), so kann darauf geschlossen werden, dass ein Werkstück an der Handhabungsvorrichtung anliegt und sich ein Unterdruck im Sauganschluss aufbaut.
Auch in einem Diagnosezyklus ist nach Messung des Gleichgewichtsdrucks noch die Handhabung eines Werkstücks möglich. Hierbei fällt in einem ersten Bereich der Unterdruck von dem Gleichgewichtsdruck zu dem genannten Haltewert (H1) ab. Hieran können sich dann die weiteren Arbeitsbereiche wie bereits zum Arbeitszyklus erläutert, anschließen (d.h. gegebenenfalls Regelung in einem zweiten Arbeitsbereich zum Halten des Werkstückes, Anstieg des Unterdrucks auf den Umgebungsdruck in einem weiteren Arbeitsbereich, um das Werkstück loszulassen, gegebenenfalls Aufbauen eines Abblasdruckes über eine Abblaszeitdauer, um ein Ablösen des Werkstückes von der Handhabungsvorrichtung zu gewährleisten).
Eine zuverlässige Diagnose kann auch dadurch erzielt werden, dass (z.B. durch ein Diagnosesignal ausgelöst) mehrere Diagnosezyklen unmittelbar aufeinanderfolgend durchgeführt werden. Unterscheiden sich die in den verschiedenen Diagnosezyklen ermittelten Gleichgewichtsdrucke voneinander, so kann dies auf eine Funktionsstörung oder eine Undichtigkeit des Systems hinweisen.
Vorteilhaft kann es außerdem sein, wenn im Betrieb des Handhabungssystems zu vorgegebenen Zeitpunkten oder in regelmäßigen Abständen oder jeweils nach einer vorgegebenen Anzahl von Arbeitszyklen, je ein oder eine bestimmte Anzahl von Diagnosezyklen durchgeführt werden, wobei die in den Diagnosezyklen ermittelten Werte (Gleichgewichtsdruck oder weitere Messwerte wie unten erläutert) in einer Steuereinrichtung hinterlegt werden. Aus einer Streuung, systematischen Veränderung und/oder der zeitlichen Entwicklung der ermittelten Werte (insbesondere Gleichgewichtsdruck) kann auf Veränderungen im Handhabungssystem rückgeschlossen werden. Zeigen die nacheinander ermittelten Werte für den Gleichgewichtsdruck beispielsweise eine ansteigende Tendenz, so weist dies auf eine sich verstärkende Leckage des Systems oder verschlechterte Effizienz hin. Eine Überwachung des zeitlichen Verlaufs der in den Diagnosezyklen ermittelten Werte (insbesondere Gleichgewichtsdruck) ermöglicht daher eine vorausschauende Wartung des Systems.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens besteht somit darin, dass ein erster und, gegebenenfalls nach Durchführung einer oder mehrerer Arbeitszyklen, ein weiterer Diagnosezyklus durchgeführt wird, wobei in dem ersten und in dem weiteren Diagnosezyklus ein erster und ein weiterer Gleichgewichtsdruck ermittelt wird. Daraufhin erfolgt ein Vergleich des ersten und des weiteren gemessenen Gleichgewichtsdrucks.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird bei dem Verfahren, beispielsweise vor oder nach einem Diagnosezyklus oder Arbeitszyklus, ein Charakterisierungszyklus durchgeführt. Dieser zeichnet sich durch die folgenden Schritte aus (insbesondere in der folgenden Reihenfolge):
- Verbinden des Sauganschlusses des Unterdruckerzeugers mit einer Kalibriersaugöffnung des Unterdruckerzeugers,
- Bereitstellen von Unterdruck in dem Sauganschluss und Ansaugen durch die Kalibriersaugöffnung,
- Messung des sich in dem Sauganschluss einstellenden Kalibrierdrucks, z.B. mittels des Saugdrucksensors.
Vorzugsweise ist für den Charakterisierungszyklus der Sauganschluss ausschließlich mit der Kalibriersaugöffnung verbunden und insbesondere gegenüber der Unterdruckhandhabungsvorrichtung abgeschlossen. Das Ansaugen durch die Kalibriersaugöffnung erfolgt vorzugsweise über eine vorgebbare oder vorgegebene Kalibriersaugdauer (tK). Der Kalibrierdruck ist insofern ein sich einstellender Gleichgewichtsdruck bei Ansaugen durch die Kalibrieröffnung.
Durch die Messung in einem Charakterisierungszyklus kann z.B. eine Verstopfung oder Verschmutzung innerhalb des Unterdruckerzeugers (z.B. in der Venturi-Düse eines Ejektors) gezielt festgestellt werden. In Zusammenschau mit dem in einem Diagnosezyklus gemessenen Gleichgewichtsdruck kann daher die Leistungsfähigkeit des Handhabungssystems zuverlässig überwacht werden und eine etwaige Fehlerquelle lokalisiert werden.
Die Kalibriersaugöffnung kann z.B. als Saugdüse ausgebildet sein, welche z.B. einen bekannten Strömungswiderstand aufweist. Die Verbindung des Sauganschlusses mit der Kalibriersaugöffnung erfolgt vorzugsweise mittels eines steuerbaren Kalibrierventils, mit dem der Sauganschluss z.B. wahlweise mit der Unterdruckhandhabungsvorrichtung oder mit der Kalibriersaugöffnung strömungsverbunden werden kann.
Ähnlich wie zu den Arbeitszyklen erläutert, werden Charakterisierungszyklen vorzugsweise zu vorgegebenen Zeitpunkten oder in regelmäßigen Abständen oder jeweils nach einer vorgegebenen Anzahl von Arbeitszyklen und/oder Diagnosezyklen durchgeführt. Vorzugsweise kann über die Kommunikationsschnittelle ein den Kalibrierdruck repräsentierendes Signal ausgegeben werden. Die in den Charakterisierungszyklen ermittelten Werte des Kalibrierdrucks werden vorzugsweise in einer Steuereinrichtung des Handhabungssystems hinterlegt.
Zur weiteren Ausgestaltung wird in einem Arbeitszyklus (insbesondere vor oder nach Durchführung des Diagnosezyklus und/oder vor oder nach Durchführung eines Charakterisierungszyklus) mittels einer Zeitmesseinrichtung eine erste Druckabfallzeitdauer gemessen, über welche der Unterdruck im Sauganschluss ausgehend vom Umgebungsdruck auf einen Kontrollschwellwert (H2) abfällt. Zusätzlich oder alternativ kann mit der Zeitmessenrichtung eine zweite Druckabfallzeitdauer gemessen werden, über welche der Unterdruck im Sauganschluss von dem Kontrollschwellwert (H2) auf einen Haltewert (H1) abfällt. Der Kontrollschwellwert (H2) ist vorzugsweise derart gewählt, dass ein Absinken des Druckes im Sauganschluss auf den Kontrollschwellwert (H2) einen Hinweis darauf geben kann, wenn ein Werkstück der Handhabungsvorrichtung zugeführt ist, beispielsweise an einem Sauggreifer anliegt. Der Haltewert H1 ist insbesondere so gewählt, dass eine sichere Handhabung des Werkstückes möglich ist.
Aus den gemessenen Druckabfallzeitdauern kann gegebenenfalls unter Verwendung des Gleichgewichtsdrucks ein Rückschluss auf die Dichtheit sowie auf die Leistungsfähigkeit des kombinierten Systems aus Unterdruckerzeuger, Handhabungsvorrichtung und gegebenenfalls Werkstück gezogen werden.
Selbstverständlich können die Druckabfallzeitdauern, insbesondere die zweite Druckabfallzeitdauer, auch während eines Diagnosezyklus gemessen werden. Bei ordnungsgemäßem Betrieb des Systems liegt der Kontrollschwellwert (H2) stets unter dem Gleichgewichtsdruck bei freiem Ansaugen.
Zur weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird die Druckstabilität des Systems bei gehaltenem Werkstück, insbesondere im Bereich zwischen dem Haltewert (H1) und dem Regelhaltewert (H1+h1) bestimmt. Hierzu kann in einem Diagnosezyklus und/oder in einem Arbeitszyklus die Unterdruckversorgung deaktiviert werden, nachdem der in dem Sauganschluss gemessene Druck auf den Haltewert (H1) abgesunken ist oder unter diesen abgesunken ist. Nach Deaktivierung der Unterdruckversorgung kann dann eine Druckänderungsrate, Leckagerate und/oder der Zeitverlauf des im Sauganschluss herrschenden Druckes gemessen werden. Aus den Messergebnissen können Rückschlüsse auf die Dichtheit des Gesamtsystems aus Unterdruckerzeuger, Handhabungsvorrichtung und Werkstück gezogen werden. In Verbindung mit dem ermittelten Gleichgewichtsdruck kann so beispielsweise die Dichtheit und Leistungsfähigkeit der Handhabungsvorrichtung und/oder des Unterdruckerzeugers überwacht werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der ermittelte Gleichgewichtsdruck mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren, zwischen dem Umgebungsdruck und dem Haltewert (H1) liegenden Kontrollschwert (H2) verglichen. Vorzugsweise wird ein Warnsignal ausgegeben oder ausgelöst (beispielsweise von einer Steuereinrichtung des Unterdruckerzeugers), wenn der Gleichgewichtsdruck unterhalb des Kontrollschwellwertes (H2) liegt.
Wie erläutert, dient der Kontrollschwellwert (H2) dazu, durch Messung des Unterdrucks im Sauganschluss festzustellen, ob ein Werkstück der Handhabungsvorrichtung zugeführt ist und sich aufgrund des anliegenden Werkstückes ein Unterdruck aufbauen kann. In dem beschriebenen Fehlerfall herrscht im Sauganschluss bereits ohne anliegendes Werkstück ein signifikanter Unterdruck (das heißt der im Sauganschluss gemessene Druck ist unter den Kontrollschwellwert (H2) abgesunken). Eine Anwesenheitskontrolle eines Werkstücks durch Unterdruckmessung im Sauganschluss ist dann nicht mehr möglich.
Denkbar ist auch, dass das Verhältnis von Gleichgewichtsdruck und Kontrollschwellwert (H2) ermittelt wird. Hieraus kann ein Performance-Wert ermittelt werden und beispielsweise über eine Kommunikationsschnittstelle ausgegeben werden. Vorzugsweise erfolgt die Ausgabe eines prozentualen Wertes, wobei null Prozent Performance einer Situation entspricht, bei der der Kontrollschwellwert (H2) gleich dem Gleichgewichtspunkt ist, und einhundert Prozent Performance einer Situation entspricht, bei der der Gleichgewichtsdruck gleich dem Umgebungsdruck ist.
Der Kontrollschwellwert (H2) ist so gewählt, dass bei ordnungsgemäßem Betrieb des Systems aus Unterdruckerzeuger und Handhabungsvorrichtung der im Sauganschluss herrschende Druck nur dann unter den Kontrollschwellwert abfällt, wenn ein Werkstück der Handhabungsvorrichtung zugeführt ist. Der Kontrollschwellwert (H2) ist außerdem so gewählt, dass bei ordnungsgemäßem Betrieb der im Sauganschluss gemessene Druck oberhalb des Kontrollschwellwertes liegt, wenn kein Werkstück angesaugt wird.
Durch die erfindungsgemäße Bestimmung des Gleichgewichtsdrucks kann vermieden werden, dass bei geringerer Leistungsfähigkeit, beispielsweise bei Verschmutzung oder Leckage im Unterdruckerzeuger, fehlerhaft auf das Vorhandensein eines Werkstücks geschlossen wird, wenn der im Sauganschluss messbare Gleichgewichtsdruck aufgrund der genannten Probleme unterhalb des Kontrollschwellwertes liegt. Durch die genannten Maßnahmen kann daher zuverlässiger kontrolliert werden, ob ein Werkstück vorhanden ist.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, dass in einem Arbeitszyklus und/oder in einem Diagnosezyklus nach Aufnahme (und Handhabung) des Werkstückes der Druck im Sauganschluss auf einen oberhalb des Umgebungsdrucks liegenden Abblasdruck ansteigt. Insbesondere findet über eine Abblaszeitdauer ein Anstieg des Druckes im Sauganschluss vom Umgebungsdruck bis zu dem Abblasdruck und ein Wiederabsinken auf den Umgebungsdruck statt. Dabei wird der Abblasdruck und/oder die Abblaszeitdauer vorzugsweise in Abhängigkeit des Gleichgewichtsdrucks bestimmt. Vorzugsweise wird die Abblaszeitdauer derart in Abhängigkeit des ermittelten Gleichgewichtsdrucks gewählt, dass bei hohem Gleichgewichtsdruck eine längere Abblaszeitdauer als bei einem niedrigeren Gleichgewichtsdruck festgelegt wird.
Wird Druckluft durch den Sauganschluss ausgeblasen, so entfällt ein Teil des Druckes auf den Strömungswiderstand der Anordnung aus Unterdruckerzeuger und Handhabungsvorrichtung. Dieser Einfluss kann durch die Messung des Gleichgewichtsdrucks im Diagnosezyklus erfasst werden. Der Abblasdruck kann dann gerade so groß gewählt werden und/oder die Abblaszeitdauer kann so lange gewählt werden, dass trotz des Strömungswiderstands des Systems aus Unterdruckerzeuger und Handhabungsvorrichtung ein zuverlässiges Abblasen des Werkstückes gewährleistet ist. Dabei kann der erforderliche Druck um einen Sicherheitsoffset (beispielsweise 10 mbar) erhöht werden.
Durch die genannten Maßnahmen kann der Abblasvorgang kurzgehalten werden und mit geringem Überdruck durchgeführt werden. Dabei wird dennoch ein zuverlässiges Ablösen des Werkstückes sichergestellt. Der Abblasimpuls kann daher so eingestellt werden, dass keine unnötige Druckluftenergie verschwendet wird und dennoch ein sicheres Ablösen gewährleistet ist.
Der Unterdruckerzeuger kann wie erläutert derart ausgebildet sein, dass Unterdruck unter Verwendung von Druckluft erzeugbar ist (z.B. Ejektor). Zur weiteren Ausgestaltung kann der Druck im Druckanschluss dieses Unterdruckerzeugers mittels eines Versorgungsdrucksensors gemessen werden. Dies erfolgt insbesondere gleichzeitig mit der Messung des Gleichgewichtsdrucks im Sauganschluss. Denkbar ist jedoch auch, dass der Druck im Druckanschluss vor und/oder während und/oder nach dem Ansaugen ohne Werkstück gemessen wird. Durch die Druckmessung im Druckanschluss kann der Wirkungsgrad des Systems festgestellt werden. Außerdem kann eine Kennlinie aufgezeichnet werden, die zumindest abschnittsweise die Abhängigkeit des Druckes im Sauganschluss von dem Druck im Druckanschluss wiedergibt.
Zur weiteren Ausgestaltung kann der Volumenstrom durch den Druckanschluss gemessen werden.
Findet z.B. eine Vakuumpumpe oder ein sonstiger, elektrisch antreibbarer Unterdruckerzeiger Verwendung, so kann als zusätzliche Information die Eingangsleistung, Eingangsspannung bzw. Versorgungsspannung und/oder der Eingangsstrom bzw. Versorgungsstrom gemessen werden.
Grundsätzlich können anstelle oder zusätzlich zu dem Druck im Druckanschluss auch andere Eingangsgrößen des Unterdruckerzeugers gemessen werden und zur Ermittlung der Leistungsfähigkeit und Dichtheit des Systems herangezogen werden. Denkbar ist beispielsweise, dass die Drehzahl einer Pumpe oder die Versorgungsspannung eines Elektromotors als Eingangsgröße berücksichtigt werden.
Zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe wird außerdem ein Unterdruckerzeuger vorgeschlagen, z.B. Ejektor oder elektrischer Unterdruckerzeuger. Dieser weist einen Sauganschluss zum Ansaugen auf, um eine Unterdruckversorgung für eine Unterdruckhandhabungsvorrichtung bereitzustellen. Der Unterdruckerzeuger weist insbesondere einen Saugdrucksensor zur Messung des Druckes im Sauganschluss, und vorzugsweise eine Kommunikationsschnittstelle zur Übertragung von Messwerten des Saugdrucksensors auf.
Der Unterdruckerzeuger kann insbesondere ein steuerbares Kalibrierventil aufweisen, welches vorzugsweise im Strömungsverlauf beim Ansaugen dem Sauganschluss nachgeschaltet ist. Mit dem Kalibrierventil kann der Sauganschluss mit einem Betriebsausgang für eine Unterdruckhandhabungsvorrichtung, oder mit einer Kalibriersaugöffnung des Unterdruckerzeugers strömungsverbunden und druckverbunden werden. Durch Änderung der Ventilstellung kann so ein Diagnosezyklus mit freiem Ansaugen, ein Arbeitszyklus mit Ansaugen eines Werkstücks oder ein Charakterisierungszyklus mit Ansaugen durch die Kalibriersaugöffnung durchgeführt werden.
Der Unterdruckerzeuger kann als Ejektor ausgebildet sein, und einen Druckanschluss zur Versorgung des Unterdruckerzeugers mit Druckluft aufweisen. Vorteilhafterweise ist ein Versorgungsdrucksensor zur Messung des Druckes im Druckanschluss vorgesehen. Ferner kann ein Abluftterminal vorgesehen sein, durch welches die gebrauchte Druckluft, sowie die durch den Sauganschluss angesaugte Luft abgeführt werden kann.
Zusätzlich oder alternativ zum Drucksensor im Druckanschluss können auch Sensoren für weitere Eingangsgrößen des Unterdruckerzeugers vorgesehen sein (beispielsweise Drehzahlsensoren für eine Pumpe, Spannungsmesser zur Messung der Versorgungsspannung eines Elektromotors, und so weiter).
Zur weiteren Ausgestaltung hat der Unterdruckerzeuger eine Zeitmesseinrichtung, welche derart mit dem Saugdrucksensor und/oder dem Versorgungsdrucksensor zusammenwirkt, dass eine erste und/oder zweite Druckabfallzeitdauer wie oben erläutert gemessen werden kann.
Der Unterdruckerzeuger weist vorzugsweise ein Saugventil auf, mittels welchem das Ansaugen durch den Sauganschluss aktivierbar und deaktivierbar ist. So kann die Unterdruckversorgung für die Unterdruckhandhabungsvorrichtung aktiviert und deaktiviert werden.
Zur weiteren Ausgestaltung ist der Druckanschluss derart über ein Abblasventil mit dem Sauganschluss verbunden, das in dem Sauganschluss ein (über dem Umgebungsdruck liegender) Abblasdruck über eine vorgebbare Abblaszeitdauer erzeugbar ist.
Darüber hinaus ist vorzugsweise eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung vorgesehen, welche derart ausgebildet ist, dass das Kalibrierventil steuerbar ist, insbesondere zwischen einer Betriebsschaltstellung (in welcher der Sauganschluss mit dem Betriebsausgang für eine Unterdruckhandhabungsvorrichtung verbunden ist) und einer Kalibrierschaltstellung (in welcher der Sauganschluss mit der Kalibriersaugöffnung verbunden ist) schaltbar ist.
Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung ist vorzugsweise auch dazu ausgebildet, das Saugventil und/oder das Abblasventil in Abhängigkeit des in einem Diagnosezyklus ermittelten Gleichgewichtsdrucks und/oder der mit dem Saugdrucksensor und/oder dem Versorgungsdrucksensor und/oder gegebenenfalls mit der Zeitmesseinrichtung gemessenen Werte anzusteuern. Insbesondere ist die Steuereinrichtung derart ausgebildet, dass die Sensoren und ggf. die Ventile zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angesteuert werden können.
Der erfindungsgemäße Unterdruckerzeuger kann als kompakte Baueinheit („Kompakt-Ejektor“) realisiert werden. Dies ermöglicht es, den Unterdruckerzeuger auch in bestehende Systeme zu integrieren und so für bestehende Systeme die Energieeffizienz und die Zuverlässigkeit zu erhöhen.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben und erläutert sind.
Es zeigen:
Figur 1A schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Unterdruckerzeugers und Handhabungssystems;
Figur 1B schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Unterdruckerzeugers und Handhabungssystems;
Figur 2 schematische Darstellung zur Erläuterung eines Arbeitszyklus;
Figur 3 schematische Darstellung zur Erläuterung eines Diagnosezyklus;
Figur 4 schematische Darstellung zur Erläuterung eines Fehlerfalles;
Figur 5 schematische Darstellung zur Erläuterung eines energieoptimierten Abblasvorgangs.
Zur besseren Übersichtlichkeit werden in der nachfolgenden Beschreibung sowie in den Figuren für gleiche oder einander entsprechende Merkmale dieselben Bezugszeichen verwendet.
Die Figur 1A zeigt ein Handhabungssystem 10, umfassend einen als Kompakt-Ejektor ausgestalteten Unterdruckerzeuger 12 und eine im Beispiel als Sauggreifer ausgebildete Unterdruckhandhabungsvorrichtung 14. Ebenfalls angedeutet ist ein Werkstück 16, welches mit der Unterdruckhandhabungsvorrichtung 14 durch Ansaugen aufgenommen werden kann.
Der Unterdruckerzeuger 12 weist einen Druckanschluss 18 auf, welches mit einer Druckluftversorgung 19 in Strömungsverbindung steht, so dass der Unterdruckerzeuger 12 mit Druckluft versorgt werden kann. Außerdem ist ein Sauganschluss 20 vorgesehen, durch welches Luft oder ein anderes gasförmiges Medium ansaugbar ist, so dass eine Unterdruckversorgung für die Unterdruckhandhabungsvorrichtung 14 bereitgestellt werden kann. Ferner ist ein Abluftterminal 22 vorgesehen.
Die Sauwirkung wird mittels Druckluft in an sich bekannter Weise dadurch erzeugt, dass Druckluft ausgehend vom Druckanschluss 18 durch eine Venturi-Düse 24 zu dem Abluftterminal 22 strömt. Ein Sauganschluss 26 der Venturi-Düse 24 steht über ein Rückschlagventil 28 mit dem Sauganschluss 20 in Strömungsverbindung. Durch das Abluftterminal 22 kann einerseits die durch die Venturi-Düse 24 geströmte Druckluft, andererseits die durch den Sauganschluss 20 angesaugte Luft abgeführt werden. Dem Abluftterminal 22 kann ein Schalldämpfer 30 nachgeordnet sein, so dass im Betrieb des Systems Strömungslärm reduziert wird.
Zur Messung des Drucks im Sauganschluss 20 ist ein Saugdrucksensor 32 vorgesehen. Der Druck im Druckanschluss 18 kann über einen Versorgungsdrucksensor 34 gemessen werden.
Der Unterdruckerzeuger 12 weist außerdem ein Saugventil 36 auf, mittels welchem ein Ansaugen durch den Sauganschluss 20 aktivierbar und deaktivierbar ist. Im dargestellten Beispiel ist das Saugventil als ein 2-Wegeventil ausgebildet, welches im Strömungsgang zwischen dem Druckanschluss 18 und der Venturi-Düse 24 angeordnet ist. In seiner geöffneten Stellung wird die Venturi-Düse 24 von Druckluft durchströmt und erzielt eine Saugwirkung im Sauganschluss 20. In der geschlossenen Stellung des Saugventils 36 ist die Venturi-Düse 24 von dem Druckanschluss 18 getrennt und die Unterdruckversorgung ist deaktiviert.
Der Unterdruckerzeuger 12 weist außerdem ein Abblasventil 38 auf. Dieses ist derart angeordnet, dass zwischen dem Druckanschluss 18 und dem Sauganschluss 20 eine Verbindung über das Abblasventil 38 herstellbar und trennbar ist. Dies ermöglicht es, dem Sauganschluss 20 kontrolliert Druck aus dem Druckanschluss 18 zuzuführen, und so einen Abblasimpuls zu realisieren. Im Beispiel ist das Abblasventil 38 ebenfalls als 2-Wegeventil ausgebildet.
Für das Saugventil 36 und das Abblasventil 38 sind auch andere Ausgestaltungen und andere Anordnungen im Strömungsgang möglich. So kann beispielsweise das Saugventil 36 auch zwischen dem Sauganschluss der Venturi-Düse 24 und dem Sauganschluss 20 angeordnet sein.
Der Unterdruckerzeuger 12 umfasst außerdem eine Steuereinrichtung 40, welcher die Messsignale des Saugdrucksensors 32 und des Versorgungsdrucksensors 34 zuführbar sind. Ferner steuert die Steuereinrichtung 40 die Ventile 36 und 38 an. Die Steuereinrichtung 40 kann außerdem eine nicht näher dargestellte Zeitmesseinrichtung aufweisen, mittels welcher die verstrichene Zeit zwischen vorgebbaren Messwerten der Sensoren 32 und 34 messbar sind.
Die Steuereinrichtung 40 ist dazu ausgebildet, die Ventile 36 und 38 sowie die Sensoren 34 und 32 zur Realisierung der erfindungsgemäßen Betriebsverfahren anzusteuern.
Der Steuereinrichtung 40 können weitere Eingangsgrößen des Unterdruckerzeugers 12 zugeführt werden, beispielsweise eine Versorgungsspannung eines Elektromotors oder eine Drehzahl einer Pumpe. Ferner stellt die Steuereinrichtung 40 eine Kommunikationsschnittstelle 42 bereit, über welche Messwerte beispielsweise an eine externe Zentraleinheit übermittelt werden können.
Der Unterdruckerzeuger 12 weist ferner ein steuerbares Kalibrierventil 44 auf. Dieses ist im dargestellten Beispiel als Wegeventil ausgebildet, welches wahlweise eine Betriebsschaltstellung und eine Kalibrierschaltstellung einnehmen kann. In der Betriebsschaltstellung ist der Sauganschluss 20 mit dem Betriebsausgang 43 für die Unterdruckhandhabungsvorrichtung 14 verbunden, in der Kalibrierschaltstellung mit einer insbesondere als Saugdüse (mit bekannten Strömungswiderstand oder Strömungseigenschaften) ausgebildeten Kalibriersaugöffnung 44 des Unterdruckerzeugers 12. Das Kalibrierventil 44 ist vorzugsweise zur Einnahme der Betriebsschaltstellung vorgespannt, d.h. es nimmt ohne aktive Ansteuerung die Betriebsschaltstellung ein.
Die Steuereinrichtung 40 ist insbesondere zur Ansteuerung des Kalibrierventils 44 ausgebildet. Wird das Kalibrierventil 44 in seine Kalibrierschaltstellung geschaltet, so kann mittels des Saugdrucksensors 32 ein Kalibrierdrucks (pK) als der sich einstellende Gleichgewichtsdruck gemessen werden, wenn durch den Sauganschluss 20 und die Kalibriersaugöffnung 46 angesaugt wird.
Die Figur 1B zeigt einen Unterdruckerzeuger 48, welcher einen elektrischen Vakuumerzeuger 50 aufweist. Dieser weist ein Ansaug- und ein Ausblasterminal auf, welche mit einem (im dargestellten Beispiel als 4/2-Wegeventil ausgebildeten) Steuerventil 51 verbunden sind. Das Steuerventil 51 kann eine Saugschaltstellung und eine Ausblasschaltstellung einnehmen, wobei in der Saugschaltstellung ein Ansaugen durch den Sauganschluss 20 erfolgen kann, in der Ausblasschaltstellung ein Abblasdruck im Sauganschluss 20 erzielt werden kann. Insofern vereinigt das Steuerventil 51 die Funktionen von Saugventil 36 und Abblasventil 38 im Sinne der Figur 1A.
Die Steuereinrichtung 40 des Unterdruckerzeugers ist insbesondere auch zur Ansteuerung des Steuerventils 51 und vorzugsweise zur Ansteuerung des elektrischen Vakuumerzeugers 50 ausgebildet. Hinsichtlich der weiteren Merkmale und Funktionen des Unterdruckerzeugers 40 wird auf die Beschreibung zu Figur 1A verwiesen.
Anhand von Figur 2 wird ein Arbeitszyklus beschrieben, wie er mit dem Handhabungssystem 10 durchgeführt werden kann. In dem dargestellten Diagramm ist auf der Ordinate nach oben ein in dem Sauganschluss 20 herrschender Unterdruck unter dem Umgebungsdruck p0 aufgetragen. Positive Y-Werte entsprechen daher einem den Umgebungsdruck p0 unterschreitenden Druck. Die Abszisse stellt den Zeitverlauf dar. Ein Arbeitszyklus zeichnet sich im dargestellten Beispiel dadurch aus, dass der Druck ausgehend vom Umgebungsdruck eine zeitliche Variation aufweist und wieder zum Umgebungsdruck zurückkehrt.
Im dargestellten Beispiel ist der Arbeitszyklus in vier Arbeitsbereiche 52, 54, 56, 58 unterteilt. Im ersten Arbeitsbereich 52 erfolgt eine Aktivierung der Unterdruckversorgung (z.B. Öffnen des Saugventils 36 bei geschlossenem Abblasventil 38). Dadurch wird eine Saugwirkung in dem Sauganschluss 20 erzielt und eine Unterdruckversorgung für die angeschlossene Unterdruckhandhabungsvorrichtung 14 bereitgestellt. Das Werkstück 16 kann daher angesaugt werden.
Durch die Saugwirkung fällt der mit dem Saugdrucksensor 32 gemessene Druck im Sauganschluss 20 ab, d.h. in der Darstellung der Figur 2 steigt der Unterdruck an. Liegt das Werkstück 16 an der Unterdruckhandhabungsvorrichtung 14 an, so kann der Druck im Sauganschluss unter einen Kontrollschwellwert H2 abfallen. Insofern zeigt ein Abfallen des Drucks im Sauganschluss unter dem Kontrollschwellwert H2 an, dass ein Bauteil gegriffen wurde.
Die Zeitdauer, über welche der in dem Sauganschluss 20 gemessene Druck ausgehend vom Umgebungsdruck p0 unter den Kontrollschwellwert H2 abfällt, ist in Figur 2 mit t0 bezeichnet. Diese erste Druckabfallzeitdauer t0 kann vorzugsweise über eine Zeitmesseinrichtung (z.B. in der Steuereinrichtung 40 integriert) gemessen werden. Nach Überschreiten des Kontrollschwellwerts H2 fällt bei anliegendem Werkstück 16 der Druck im Sauganschluss weiter ab, bis ein Haltewert H1 erreicht wird. Dieser Haltewert ist vorzugsweise so gewählt, dass eine sichere Handhabung des Werkstücks 16 mit der Unterdruckhandhabungsvorrichtung 14 möglich ist.
Die Zeitdauer, über welche der Druck ausgehend von dem Kontrollschwellwert H2 zu dem Haltewert H1 abfällt (d.h. der Unterdruck ansteigt), kann wiederum vorzugsweise mit einer Zeitmesseinrichtung (beispielsweise in der Steuereinrichtung 40) gemessen werden. Diese zweite Druckabfallzeitdauer ist in Figur 2 mit t1 bezeichnet.
Der Kontrollschwellwert H2 kann z.B. 500 mbar unterhalb des Umgebungsdrucks p0 gewählt werden. Der Haltewert H1 kann beispielsweise 700 mbar unterhalb des Umgebungsdrucks p0 gewählt werden. Der Umgebungsdruck p0 liegt z.B. im Bereich des Standarddrucks 1013 mbar.
An den ersten Arbeitsbereich 52 schließt sich ein zweiter Arbeitsbereich 54 an. In diesem wird bei gegriffenem Werkstück 16 die Unterdruckversorgung derart geregelt, dass der Druck im Sauganschluss 20 zwischen dem Haltewert H1 und einem Regelhaltewert H1+h1 liegt. Hierzu kann beispielsweise nach Erreichen des Haltewerts H1 die Unterdruckversorgung wie erläutert deaktiviert werden. Steigt dann aufgrund von Leckage der Druck im Sauganschluss 20 wieder über einen Haltewert H1+h1 an, so kann die Unterdruckversorgung wieder aktiviert werden, um ein zuverlässiges Handhabungswerkstück 16 zu gewährleisten.
In einem dritten Arbeitsbereich 56 steigt der in dem Sauganschluss 20 gemessene Druck wieder auf den Umgebungsdruck p0 an, um das Werkstück 16 loszulassen. Dies kann aufgrund von Leckage nach Deaktivierung der Unterdruckversorgung geschehen, oder durch gezielte Druckbeaufschlagung des Sauganschlusses 20 erfolgen. Beispielsweise kann zum Loslassen des Werkstücks 16 das Saugventil 36 geschlossen werden, und das Abblasventil 38 in kontrollierter Weise geöffnet werden.
Vorzugsweise erfolgt über einen vierten Arbeitsbereich 58 ein gezieltes Abblasen des Werkstückes. Hierbei wird der Druck im Sauganschluss 20 gezielt auf einen oberhalb des Umgebungsdrucks p0 liegenden Abblasdruck pA erhöht. Dies erfolgt beispielsweise bei geschlossenem Saugventil 36 durch gezieltes Öffnen des Abblasventils 38.
In Figur 3 ist ein Diagnosezyklus beschrieben. Dieser ist beispielsweise in einem ersten, zweiten, dritten und vierten Diagnosebereich 62, 64, 66 und 68 unterteilt, wobei sich anstelle der Diagnosebereiche 64 bis 68 auch Druckverläufe wie in den Arbeitsbereichen 54 bis 58 an den ersten Diagnosebereich 62 anschließen können.
Im ersten Diagnosebereich 62 erfolgt eine Aktivierung der Unterdruckversorgung für die Handhabungsvorrichtung, wobei diese in einen Zustand des freien Ansaugens versetzt wird, das heißt ein Ansaugen durch die Unterdruckhandhabungsvorrichtung 14 ohne Werkstück 16 erfolgt. Aufgrund der strömungstechnischen Eigenschaften der Strömungsverbindungen im Unterdruckerzeuger 12, der Venturi-Düse 24 und der Unterdruckhandhabungsvorrichtung 14 stellt sich im Sauganschluss 20 ein Gleichgewichtsdruck pG ein. Für diese Messung ist vorzugsweise das Abblasventil 38 geschlossen und das Saugventil 36 vollständig geöffnet.
Das freie Ansaugen erfolgt vorzugsweise über eine Diagnosezeitdauer tG, welche so lange gewählt ist, dass sich der Gleichgewichtsdruck zuverlässig einstellen kann (vorzugsweise länger als eine Sekunde). Mittels des Saugdrucksensors 62 kann der Gleichgewichtsdruck tG im Sauganschluss 20 gemessen werden.
Der gemessene Gleichgewichtsdruck pG kann beispielsweise in der Steuereinrichtung 40 hinterlegt werden. Diese kann z.B. den Gleichgewichtsdruck pG über die Kommunikationsschnittstelle 42 einer Zentraleinheit bereitstellen.
In dem in der Figur 3 visualisierten Diagnosezyklus erfolgt nach Messung des Gleichgewichtsdrucks pG eine Handhabung eines Werkstückes. Durch Annäherung des Werkstückes 16 an die Handhabungsvorrichtung 14 kann sich, wie vorstehend erläutert, ein Unterdruck in dem Sauganschluss 20 ausbilden. Wie bereits erläutert, sinkt daher der Druck im Sauganschluss 20 zunächst unter den Kontrollschwellwert H2 ab. Wie bereits erläutert, kann die Messung eines unter dem Kontrollschwellwert H2 liegenden Druck im Sauganschluss 20 als Hinweis darauf gewertet werden, dass das Werkstück 16 an der Unterdruckhandhabungsvorrichtung 14 anliegt.
Bei anliegendem Werkstück 16 sinkt der Druck schließlich auf den Haltewert H1 ab. Wie bereits erläutert, kann dann in einem zweiten Diagnosebereich 64 oder entsprechend in einem zweiten Arbeitsbereich 54 der Druck im Sauganschluss 20 zwischen dem Haltewert H1 und dem Regelhaltewert H1+h1 geregelt werden, um ein sicheres Handhaben des Werkstücks zu gewährleisten.
Wird nach Erreichen des Haltewerts H1 die Unterdruckversorgung deaktiviert, so wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhafterweise der zeitliche Verlauf des Drucks im Sauganschluss 20 und/oder eine Druckänderungsrate Δp/Δt gemessen oder bestimmt. Hierzu kann der Saugdrucksensor 32 zur Durchführung einer entsprechenden Messung ausgebildet sein.
An den zweiten Diagnosebereich 64 können sich ein dritter und vierter Diagnosebereich 66 und 68 anschließen, in welchem im dargestellten Beispiel ein Loslassen des Werkstückes erfolgt und die im dargestellten Beispiel dem Verlauf in den Arbeitsbereichen 56 und 58 entsprechen.
In Figur 4 ist der Druckverlauf im Diagnosezyklus skizziert, wenn das System 10 fehlerhaft arbeitet. Nach Aktivierung der Unterdruckversorgung sinkt der Druck im Sauganschluss 20 auch bei freiem Ansaugen ohne Werkstück auf einen Gleichgewichtsdruck pG’ ab, welcher unterhalb des Kontrollschwellwerts H2 liegt. Dies kann beispielsweise darauf zurückzuführen sein, dass aufgrund einer Verschmutzung kein ausreichender Volumenstrom durch die Unterdruckhandhabungsvorrichtung bei freiem Ansaugen eingesaugt werden kann. In diesem Zustand ist es nicht mehr möglich, durch Druckmessung im Sauganschluss 20 auf das Vorhandensein eines Werkstückes zu schließen.
Ein sicherer Handhabungsprozess ist dann mit dem System 10 nicht mehr möglich. Vorteilhafterweise wird daher ein Warnsignal ausgegeben wenn in einem Diagnosezyklus ein Gleichgewichtsdruck unterhalb des Kontrollschwellwerts H2 ermittelt wird (vgl. Fig. 4). Mittels der Steuereinrichtung 40 kann z.B. ein Vergleich des gemessenen Gleichgewichtsdrucks mit dem Kontrollschwellwert H2 erfolgen.
In Figur 5 ist beispielhaft der Druckverlauf im Sauganschluss 20 bei Handhabung eines Werkstückes (Arbeitszyklus) dargestellt, wobei ein energieoptimiertes Abblasen in einem vierten Arbeitsbereich 58’ erfolgt.
Nach Aufnahme des Werkstücks im ersten Arbeitsbereich 52 und Handhabung während des zweiten Arbeitsbereichs 54 (vgl. Figur 2) erfolgt ein Absinken des Drucks im Sauganschluss 20 zum Loslassen des Werkstückes (z.B. dritter Arbeitsbereich 56).
Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass in einem vorausgehenden Diagnosezyklus der Gleichgewichtsdruck pG ermittelt wurde, und beispielsweise in der Steuereinrichtung 40 hinterlegt wurde.
Unter Verwendung des Gleichgewichtsdrucks pG kann der Abblasvorgang energetisch optimiert werden. In Figur 5 ist gestrichelt der in Figur 2 erläuterte Druckverlauf zum Abblasen des Werkstückes dargestellt. Um den Energieaufwand in dem Arbeitsbereich 58’ zu reduzieren, kann aus dem Gleichgewichtsdruck pG ein Minimalabblasdruck pA,min ermittelt werden. Dieser ist so groß gewählt, dass beispielsweise der Strömungswiderstand des Systems überwunden werden kann. Aufgrund der Messung des Gleichgewichtsdrucks pG ist es möglich, einen optimalen Wert für den Abblasdruck pAmin zu bestimmen, so dass einerseits ein zuverlässiges Ablösen des Werkstücks gewährleistet ist und andererseits der Energieaufwand möglichst gering gehalten wird. Um z.B. Systemschwankungen auszugleichen und ein sicheres Ablösen zu gewährleisten, kann zusätzlich zu dem Minimalabblasdruck pAmin ein Sicherheits-Offset poff (im Beispiel ca. 10 mbar) zu dem Minimalabblasdruck pAmin hinzuaddiert werden.
Eine Messung des Druckes im Sauganschluss 20 ermöglicht es außerdem, die Abblaszeitdauer tA, über welche der Druck im Sauganschluss 20 über den Umgebungsdruck p0 ansteigt, möglichst kurz zu halten. Insbesondere kann die Abblaszeitdauer tA gerade so kurz gewählt werden, dass der Druck im Sauganschluss 20 ausgehend vom Umgebungsdruck p0 auf den Minimalabblasdruck pAmin oberhalb des Umgebungsdrucks zuzüglich gegebenenfalls des Sicherheits-Offsets poff ansteigt und ohne Anhalten des Druckes wieder auf den Umgebungsdruck p0 abfällt. Dies ermöglicht einen energiesparenden Betrieb.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Handhabungssystems (10) umfassend eine Unterdruckhandhabungsvorrichtung (14) zur Handhabung eines Werkstücks (16), und einen Unterdruckerzeuger (12, 48) zum Erzeugen von Unterdruck, wobei der Unterdruckerzeuger (12) einen Sauganschluss (20) zum Ansaugen zur Unterdruckversorgung der Unterdruckhandhabungsvorrichtung (14) aufweist,
    wobei ein Diagnosezyklus durchgeführt wird, umfassend die folgenden Schritte:
    - Bereitstellen von Unterdruck für die Unterdruckhandhabungsvorrichtung und Ansaugen ohne Werkstück (16),
    - Messung des sich in dem Sauganschluss (20) einstellenden Gleichgewichtsdrucks (pG) mittels eines Saugdrucksensors (32).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansaugen ohne Werkstück (16) über eine vorgebbare Diagnosezeitdauer (tG) erfolgt.
  3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Gleichgewichtsdruck (pG) repräsentierendes Signal über eine Kommunikationsschnittstelle (42) ausgegeben wird.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Arbeitszyklus mittels einer Zeitmesseinrichtung eine erste Druckabfallzeitdauer (t0) gemessen wird, über welche der Druck im Sauganschluss (20) ausgehend vom Umgebungsdruck (p0) auf einen Kontrollschwellwert (H2) abfällt und/oder mittels einer Zeitmesseinrichtung eine zweite Druckabfallzeitdauer (t1) gemessen wird, über welche der Druck im Sauganschluss (20) von dem Kontrollschwellwert (H2) auf einen Haltewert (H1) abfällt.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Charakterisierungszyklus durchgeführt wird, umfassend die folgenden Schritte:
    - Verbinden des Sauganschlusses (20) des Unterdruckerzeugers (12) mit einer Kalibriersaugöffnung (46) des Unterdruckerzeugers (12, 48),
    - Bereitstellen von Unterdruck in dem Sauganschluss (20) und Ansaugen durch die Kalibriersaugöffnung (46),
    - Messung des sich in dem Sauganschluss (20) einstellenden Kalibrierdrucks.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterdruckversorgung deaktiviert wird, nachdem der in dem Sauganschluss (20) gemessene Druck einen Haltewert (H1) erreicht hat oder unterschritten hat, und nach Deaktivierung eine Druckänderungsrate und/oder der Zeitverlauf des im Sauganschluss (20) herrschenden Drucks bestimmt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichgewichtsdruck (pG) mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren, zwischen dem Umgebungsdruck (p0) und einem Haltewert (H1) liegenden Kontrollschwellwert (H2) verglichen wird, wobei ein Warnsignal ausgegeben wird, wenn der Gleichgewichtsdruck (pG) unterhalb des Kontrollschwellwertes (H2) liegt.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Arbeitszyklus nach Aufnahme des Werkstücks (16) der Druck im Sauganschluss (20) auf einen oberhalb des Umgebungsdrucks (p0) liegenden Abblasdruck ansteigt, wobei der Abblasdruck (pA; pAmin+poff) in Abhängigkeit des Gleichgewichtsdrucks (pG) bestimmt wird.
  9. Unterdruckerzeuger (12, 48) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 – 8,
    - mit einem Sauganschluss (20) zum Ansaugen,
    - mit einem Saugdrucksensors (32) zur Messung des Druckes im Sauganschluss (20),
    - und mit einer Kommunikationsschnittstelle (42) zur Übertragung von Messwerten des Saugdrucksensors (20).
  10. Unterdruckerzeuger (12, 48) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein steuerbares Kalibrierventil (44) derart vorgesehen ist, dass der Sauganschluss (20) wahlweise zumindest mit einem Betriebsausgang (43) für eine Unterdruckhandhabungsvorrichtung (14), oder mit einer Kalibriersaugöffnung (46) des Unterdruckerzeugers (12) verbunden werden kann.
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